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Recebido em 05.06.2002. / Received in June, 05th of 2002. Aprovado pelo Conselho Consultivo e aceito para publicação em 31.07.2002. / Approved by the Consultive Council and accepted for publication in July, 31st of 2002. * Trabalho realizado na "University of Texas Medical Branch (UTMB) - Sealy Center for Vaccine Development" / Work done at the University of Texas Medical Branch (UTMB) - Sealy Center for Vaccine Development. 1 Pós-Doutorado pela University of Texas (UTMB). Mestre e Doutor em Dermatologia pela UFRJ. Professor Adjunto de Dermatologia e Imunologia pelo IPGMCC/PGRJ. Professor Assistente de Dermatologia da UGF. Licenciado do Serviço de Dermatologia do HUCFF/ UFRJ e UGF. / Post-PhD. from the University of Texas (UTMB). Masters and Ph.D. in Dermatology, UFRJ. Adjunct Professor of Dermatology and Immunology, IPGMCC/PGRJ. Assistant Professor of Dermatology, UGF. On license from the Dermatology Service, HUCFF/ UFRJ and UGF. ©2003 by Anais Brasileiros de Dermatologia Doenças priônicas: avaliação dos riscos envolvidos na utilização de produtos de origem bovina * Prionic disease: evaluation of the risks involved in using products of bovine origin* Omar Lupi1 Resumo: Os príons são proteínas que se mostram capazes de auto-replicação apesar de, para isso, alter- ar o metabolismo celular. São responsáveis por inúmeras doenças em animais e no ser humano (doenças priônicas), todas elas fatais. Essas moléstias apresentam enorme variabilidade quanto ao período de incubação, de alguns meses a 40 anos. Os príons acumulam-se e destroem os neurônios, provocando quadros conhecidos como encefalopatias espongiosiformes. Discute-se a apresentação clínica, epidemi- ológica e histórica das doenças priônicas. O foco maior de discussão recai, no entanto, na possibilidade teórica da transmissão iatrogênica dos príons por meio das formulações tópicas que utilizam ceramidas (cerebrosídeos) ou placenta de origem bovina, assim como pelo risco representado por alguns procedi- mentos dermatológicos, como transplantes da pele e implantes de colágeno. Palavras-chave: ceramidas; dermatologia; encefalopatia espongiforme bovina; príons. Summary: A prion is a protein that is capable of self replication, thereby altering a cell's metabolism. It is responsible for a number of human and animal diseases (prionic diseases), all of which are always lethal. These diseases have enormous variability in their incubation periods, ranging from a few months to forty years. Prions accumulate and destroy nerve cells, causing spongiform encephalopathy. We discuss the clinical picture, epidemiology, and historical background of prionic diseases. The major focus of the discussion lies, however, on the theoretical possibility of iatrogenic transmission of prion infection due to topical formulations using ceramides (cerebrosides) or placen- ta of bovine origin, as well as the risk represented by some dermatological procedures such as skin grafts and collagen implants. Keywords: ceramides; dermatology; encephalopathy, bovine spongiform; prions. Lupi 7 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. Educação Médica Continuada / Continuing Medical Education INTRODUÇÃO O conceito das doenças priônicas, proposto por Stanley B. Prusiner,1 pressupõe a existência de uma noção nova na biologia, conhecida como a "hipótese príon" (pro- teinaceous infectious particles). Essa concepção foi consi- derada herética na época por supor a existência de doenças infecciosas produzidas por agentes desprovidos de ácidos nucléicos. INTRODUCTION The concept of prionic diseases, as proposed by Stanley B. Prusiner,1 presupposes the existence of a new notion in biology, known as the "prion hypothesis" (pro- teinaceous infectious particles). This concept was considered heretical at that time for supposing the exis- tence of infectious diseases caused by agents without nucleic acids. 8 Lupi An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. Desde os trabalhos pioneiros de Watson e Crick, em 1953, considera-se que o ácido desoxirribonucléico (DNA) é a molécula orgânica capaz de armazenar informações bio- lógicas, utilizando para isso os nucleotídeos adenina, timi- na, citosina e guanina. Tais bases nitrogenadas agrupam-se em pares e são capazes de estocar, em um código binário, a correta seqüência de aminoácidos que compõem cada pro- teína ou enzima responsável pela manutenção do metabolis- mo, crescimento e reprodução. Segundo a definição de Maturana e Varela,2 o DNA é o código que sustenta todos os sistemas vivos conhecidos, por permitir a autopoiese. A molécula responsável por carrear essas informa- ções codificadas do núcleo para o citoplasma é o ácido ribo- nucléico (RNA), e o produto final dessa cascata de eventos é a proteína. Um dogma da biologia moderna considera que o fluxo de informações biológicas deve, necessariamente, seguir essa seqüência de eventos. A única forma de vida conhecida capaz de subverter parcialmente esse sistema são os retrovírus (HIV, HTLV), que utilizam a enzima transcrip- tase reversa para sintetizar DNA a partir do RNA. Alguns raros RNA-vírus e viróides (vírus de plantas) utilizam ape- nas o RNA como sistema codificador, sem precisar do DNA para sintetizar proteínas. A hipótese príon ignorou o chamado "dogma cen- tral da biologia" por aceitar que partículas protéicas pudessem, diretamente, produzir moléstias sem a partici- pação aparente de qualquer ácido nucléico, seja DNA ou RNA.1 Apresenta-se, a seguir, possíveis repercussões des- ses novos patógenos na dermatologia, com especial enfo- que no risco representado pelo uso tópico de produtos derivados de cerebrosídeos bovinos (ceramidas) e da pla- centa, além de alguns procedimentos dermatológicos que envolvem produtos potencialmente infectados pelos príons. HISTÓRICO A primeira aparição histórica das doenças priônicas deu-se há 200 anos, segundo McGowan,3 com o reconheci- mento, em ovelhas, de uma doença dermatológica e neuro- lógica de evolução fatal. A zoonose conhecida pelos pecua- ristas como scrapie caracteriza-se pelo surgimento de pru- rido constante que leva o animal infectado a esfregar-se em cercas de contenção ou árvores, seguindo-se a queda da lã e o desenvolvimento de dermatite que muito lembra quadros subagudo e crônico de eczematização. É possível que tanto as áreas de alopecia quanto a liquenificação e crostas sejam conseqüência do ato repetido pelo animal de esfregar-se para aliviar o prurido. O termo scrapie vem da palavra inglesa scrape, que tem o significado de roçar ou de tirar algo raspando. O dado mais típico da moléstia é a evolução, após período variável de seis meses a dois anos, para pro- gressiva ataxia, paralisia motora, tremores, fasciculação e, finalmente, êxito letal.4 Sempre se desconfiou de um agen- te infeccioso pelo surgimento de focos epidemiológicos, mas nunca se obteve sucesso no isolamento do agente.3 Since the pioneering works of Watson and Crick in 1953, it has been considered that deoxyribonucleic acid (DNA) is the organic molecule capable of storing biological information, using for this the nucleotides adenine, thymine, cytosine and guanine. Such nitrogenous bases group in pairs and using a binary code are capable of storing the correct sequence of amino acids that compose each protein or enzyme responsible for maintenance of the metabolism, growth and reproduction. According to the definition of Maturana and Varela,2 DNA is the code that sustains all of the known living systems, by enabling autopoiesis. The molecule responsible for carrying this codified information from the nucleus to the cytoplasm is ribonucleic acid (RNA), and the final product of this chain of events is the protein. A dogma of modern biology considers that the flow of biological information must, necessarily, follow this sequence of events. The only form of known life capable of partially subverting this system is the retrovirus (HIV, HTLV), which uses the reverse transcriptase enzyme to synthesize DNA from RNA. Some rare RNA-virus- es and viroids (infectious pathogens of plants) only use RNA as a system encoder, without requiring DNA to synthesize proteins. The prion hypothesis ignored the so-called "central dogma of biology" by accepting that protein particles are able to directly produce diseases without the apparent par- ticipation of any nucleic acid, whether this is DNA or RNA.1 This work presents the possible repercussions of these new pathogens in dermatology, with special focus on the risk presented by the topical use of products derived from bovine cerebrosides (ceramides) and the placenta, as well as some dermatological procedures that involve products potential- ly infected by prions. BACKGROUND The first historical appearance of prionic diseases was seen 200 years ago, according to McGowan,3 with the recognition of a dermatological and neurological disease with fatal course in sheep. The zoonosis known by sheep farmers as "scrapie" is characterized by the appearance of a constant itch that leads the infected animals to scrub themselves on fences or trees, followed by loss of the wool and development of a dermatitis very similar to pictures of subacute and chronic eczematization. It is possible that both the areas of alopecia and lichenification with crusts are a consequence of the repeated scrubbing action by the animal to relieve the itch. The term scrapie comes from the English word scrape. The most typical characteristic of the disease is its course, after a period varying from six months to two years, leading to progressive ataxia, motor paralysis, tremors, fasciculation and death.4 An infectious agent was always suspected due to the appearance of epidemic focu- ses, but this agent was never successfully isolated.3 Experimental studies have demonstrated the possibility of Lupi 9 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. transmission of the disease to other healthy sheep and also to goats of both sexes.4 Histopathological analysis of the brain of these animals presented extensive amyloid deposits and neuronal rarefaction, in a similar form to that of Alzheimer's disease in humans.3,4 Zigas and Gajdusek observed the appearance of a rare neurological disease in some tribes of New Guinea.5 A more detailed study, carried out among the Fore tribes, demonstrated the existence of an aggressive and mortal neuropathy known by the local inhabitants as kuru (laughing death).6 The disease presented a mean incubation period of several months, causing death induced by insani- ty, progressive ataxia and blindness. Incapable of eating, the individual succumbed, victim of dehydration, malnutri- tion and opportunist infections. Kuru was demonstrated to be a disease practically restricted to the elderly, women and children, while sparing men. It was discovered that the first cases dated back to the 1920's, when motivated by a sudden shortage of food, the Fore tribes started to perform canni- balistic feasts.5,6 In such ceremonies, the warlike youths ate the muscles, as these symbolized the dead person's strength, leaving the viscera, bone marrow and brain for the other inhabitants. Histopathological analysis of the brain of abo- rigines that died from kuru demonstrated an impressive similarity to scrapie.6 The progressive abandoning of can- nibalism on the part of Fore resulted in the control and eradication of the disease by the end of the 1960s. The infectious properties of the kuru agent were demonstrated by experimental transmission of the disease to chim- panzees.7 Other prionic diseases were later recognized as such, even though for many years they had been grouped under a generic and imprecise nomenclature of "diseases induced by slow virus" or "spongiform encephalopathies" (Table 1). Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) and Gerstmann- Straussler-Scheinker syndrome (GSS) are rare neurological diseases, known since the twenties in Europe.8,9 Besides pre- senting a picture of ataxia and insanity, they also demons- trate a similar anatomicopathological pattern to kuru.10 Recently described,11 fatal familial insomnia (FFI) affects nine families in the world and also develops the same anatomicoclinical picture. In spite of the pattern of familial inheritance in all of these, sporadic (mutations) and same iatrogenic cases can occur.11,12 They are a unique and apparently paradoxical example of diseases that are geneti- cally determined, but can be experimentally transmitted to guinea pigs. No great interest was given to this rare group of neu- rological diseases until the appearance, in the 1980s, of bovine spongiform encephalopathy (BSE), more commonly known as "mad cow disease". This new disease developed in an epidemic manner in England, leading to the death of about 180,000 animals since 1985.13,14 Again, histological analysis of the brain of sick animals enabled the detection of the pattern already observed in other prionic diseases.14 Estudos experimentais demonstraram a possibilidade de transmissão da doença para outras ovelhas, sadias, e tam- bém para bodes e cabras.4 A análise histopatológica do cére- bro desses animais apresentou depósitos amilóides extensos e rarefação neuronal, em padrão semelhante ao da moléstia de Alzheimer em humanos.3,4 Zigas e Gajdusek observaram o surgimento de doen- ça neurológica incomum em algumas tribos da Nova Guiné.5 Estudo mais detalhado, realizados nas tribos Fore, demonstrou a existência de neuropatia agressiva e mortal conhecida pelos habitantes locais como kuru (morte sorri- dente).6 A moléstia apresentava período de incubação médio de alguns meses, causando óbito por induzir à demência, ataxia progressiva e cegueira. Impossibilitado de se alimentar, o indivíduo sucumbia, vítima de desidratação, desnutrição e infecções oportunistas. O kuru demonstrou-se doença praticamente restrita a velhos, mulheres e crianças, poupando os homens. Descobriu-se que os primeiros casos datavam da década de 1920 quando, motivadas pela súbita escassez de alimentos, as tribos Fore passaram a realizar rituais canibalísticos.5,6 Em tais cerimônias, cabia aos jovens guerreiros os músculos, por simbolizarem a força da pessoa falecida, cabendo aos demais habitantes vísceras, medula óssea e cérebro. A análise histopatológica do cérebro de aborígenes vitimados pelo kuru demonstrou impressionante similaridade com o scrapie.6 O progressivo abandono do canibalismo por parte dos Fore levou ao controle e erradi- cação da doença no final da década de 1960. As proprieda- des infecciosas do agente do kuru foram demonstradas pela transmissão experimental da moléstia a chipanzés.7 Outras doenças priônicas foram posteriormente reconhecidas como tal apesar de, ao longo dos anos, terem sido agrupadas sob a nomenclatura genérica e pouco preci- sa de "doenças induzidas por vírus lentos" ou de "encefalo- patias espongiosiformes" (Quadro 1). A doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) e a síndrome de Gerstmann- Straussler-Scheinker (GSS) são moléstias neurológicas raras, conhecidas desde os anos 20 na Europa.8,9 Além de apresentarem quadro de ataxia e demência, também demonstram padrão anatomopatológico similar ao do kuru.10 Recentemente descrita,11 a insônia fatal familar (FFI) afeta nove famílias em todo o mundo e também desenvolve o mesmo quadro anatomoclínico. Apesar do padrão de herança familiar presente em todas elas, casos esporádicos (mutações) e mesmo iatrogênicos podem ocorrer.11,12 São exemplo único e, aparentemente paradoxal, de doenças geneticamente determinadas, mas que podem ser transmiti- das experimentalmente a cobaias. Nenhum interesse maior foi dado a esse raro grupo de doenças neurológicas até o surgimento, na década de 1980, da encefalopatia espongiosiforme bovina (BSE), mais conhecida como "doença da vaca louca". Essa nova molés- tia desenvolveu-se de forma epidêmica, matando na Inglaterra, desde 1985, cerca de 180.000 animais.13,14 Novamente, a análise histológica do cérebro dos animais 10 Lupi An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. doentes permitiu detectar o padrão já visto nas demais doenças priônicas.14 A BSE restringiu-se, inicialmente, ao Reino Unido e a países que de lá importaram gado.15 O Instituto Nacional de Saúde inglês descobriu que a eclosão dos casos coincidiu com a modificacão da estratégia de ali- mentação do gado na Inglaterra.16 Visando ao aumento da produtividade e ganho de peso para o abate, os pecuaristas começaram a utilizar refugo biológico do próprio gado, como placentas e carcaças recicladas, para aumentar o teor protéico das rações.15,16 O paralelo com o kuru era impossí- vel de ser esquecido com a transmissão da moléstia sendo veiculada por via alimentar.5,6 O receio teórico de que a BSE pudesse ser transmitida a seres humanos pela ingestão de carne bovina confirmou-se no ano de 1995. Uma nova moléstia neurológica que se assemelha a CJD, mas apresenta a evolução rápida do kuru, foi detectada em humanos e denominada nova variante da CJD (nvCJD).17,18 Desde o primeiro caso registrado até meados de 2001 já foram descritos 107 pacientes contaminados, sendo 102 no Reino Unido, três na França, um na Irlanda e um em Hong Kong.15 O período de incubação da nvCJD é desconhecido, mas o êxito letal se dá, em geral, em até 15 meses19 (Quadro 1). A HIPÓTESE PRÍON Durante décadas vem-se estudando material biológi- co oriundo de animais e humanos infectados com as doen- ças priônicas, sem que nunca tenha sido isolado qualquer agente infeccioso. A microscopia eletrônica de varredura, capaz de detectar os menores vírus conhecidos, atestou ape- nas a presença de depósitos amilóides anormais.20 Amostras de tecido contaminado foram expostas à radiação ultravio- leta, calor (até 170°C), óxido nítrico, peróxido de hidrogê- nio, hidroxilaminas ou enzimas capazes de fragmentar áci- dos nucléicos (nucleases) sem que o agente perdesse sua capacidade infectiva.20,21 Esses procedimentos são efetivos na destruição de todos os fungos, bactérias, clamídeas e vírus (RNA ou DNA) conhecidos. Outro aspecto muito peculiar da moléstia diz respeito ao fato de o material proveniente de ovelhas poder infectar camundongos, macacos e outros animais, sem respeitar qual- quer barreira entre as espécies.21,22 Como a invasão da célula alvo é, geralmente, específica a cada espécie ou espécies cor- relatas, por depender de receptores de membrana celular, concluiu-se que as doenças priônicas eram causadas por uma nova classe de agentes infecciosos, menores ainda do que os vírus e, aparentemente, desprovidos de DNA ou RNA. Agentes capazes de desnaturar proteínas, no entanto, eram efetivos na redução da infectividade.20 Amostras expostas ao fenol, dietilpirocarbonato (DEP) ou tioproteases deixavam de transmitir a moléstia. A única explicação pos- sível era a de que, de alguma forma, proteínas sozinhas eram capazes de provocar esses quadros neurológicos. No entanto, todo rastreamento para proteínas estranhas também se mostrou improdutivo.21 Prusiner1 desenvolveu, então, novo conceito, pelo Initially, BSE was limited to the United Kingdom and coun- tries that imported its cattle.15 The English National Institute of Health discovered that the appearance of such cases coincided with a modification in the strategy for feeding cattle in England.16 Seeking to increase the produc- tivity and weight gain, cattle farmers began to use biologi- cal refuse from the cattle themselves, such as placentas and recycled carcasses, in order to increase the protein content of the rations.15,16 The similarity with kuru is impossible to ignore, in view of the transmission of the disease through feeding.5,6 The theoretical fear that BSE could be transmitted to human beings by the ingestion of bovine meat was con- firmed in 1995. A new neurological disease that resembled CJD, but presented a faster course than kuru, was detected in humans and denominated new variant of CJD (nvCJD).17,18 From the first case registered to mid 2001, 107 contaminated individuals have been notified, of which 102 in the United Kingdom, three in France, one in Ireland and another in Hong Kong.15 The incubation period of nvCJD is unknown, but in general death occurs within 15 months.19 (Table 1). THE PRION HYPOTHESIS During decades biological material has been studied originating from animals and humans infected with prionic diseases, without ever having isolated an infectious agent. Electron scanning microscopy, capable of detecting the smallest known viruses, only revealed the presence of abnormal amyloid deposits.20 Samples of contaminated tis- sue were exposed to ultraviolet radiation, heat (up to 170°C), nitric oxide, hydrogen peroxide and hydroxy- lamines or enzymes capable of fragmenting nucleic acids (nucleases), but without the agent losing its infective capacity.20,21 Even though these procedures are effective in the destruction of all of the known fungi, bacteria, chlamy- dia and viruses (RNA or DNA). Another very peculiar aspect of the disease concerns the fact that material originating from sheep can infect mice, monkeys and other animals, without respecting any barrier between the species.21,22 Since the invasion of the target cell is usually specific to each species or correlated species, as it depends on receivers of the cellular mem- brane, it was concluded that prionic diseases are caused by a new class of infectious agents, smaller still than the viruses and, apparently, without DNA or RNA. Agents capable of denaturing proteins, however, were effective in reducing the infectivity.20 Samples exposed to phenol, diethyl pyrocarbonate (DEP) or thiol proteases stopped transmitting the disease. The only possible expla- nation was that, in some way, proteins alone were capable of provoking these neurological pictures. However, every search for foreign proteins also proved unproductive.21 Prusiner1 then developed a new concept, in which a protein of the host itself became infectious (prion) by Lupi 11 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. changing its spatial configuration. A considerable propor- tion of the biological activity of a molecule depends on its structural form. DNA, for instance, only manages to codify information if it is in its double spiral form. It is known today that the prion gene (gene 20p12.3), located in the short branch of chromosome 20, codifies an important pro- tein (PrP) in the transmembrane signaling functions.20-22 A mutation of this gene produces an aberrant isoform (scrapie PrPSc) that is extremely stable and has an impres- sive capacity to modify the spatial structure of normal PrP with which it has contact. Both are exactly the same in terms of their sequence of amino acids, except for the fact that PrPSc presents a prevalence of beta sheets, to the detri- ment of alpha sheets.1,10,20,22 It is believed that CJD can be caused by eventual mutations (sporadic cases), but it can also be familial (pre- vious mutations that come to be transmitted genetically) or iatrogenic (contaminated surgical material, transplant of dura mater and corneum as well as cadaveric growth hor- mone).22 The cases of GSS and FFI present the same pattern, except for the iatrogenic transmission, which has not yet been observed 10-12 (Table 1). Kuru appeared, probably as a result of a spontaneous mutation of CJD type in an qual uma proteína do próprio hospedeiro tornava-se infec- ciosa (príon) por mudar sua configuração espacial. Muito da atividade biológica de uma molécula depende de sua conformação estrutural. O DNA, por exemplo, só consegue codificar informacões se estiver em sua forma de dupla espiral. Sabe-se hoje que o gene príon (gene 20p12.3), loca- lizado no braço curto do cromossoma 20, codifica uma pro- teína (PrP) importante nas funções de sinalização trans- membrana.20-22 Uma mutação nesse gene produz isoforma aberrante (PrPSc de scrapie), que é extremamente estável e que tem a impressionante capacidade de modificar a estru- tura espacial da PrP normal com que tiver contato. Ambas são exatamente iguais em termos de seqüência de aminoá- cidos, exceto pelo fato de a PrPSc apresentar predomínio das cadeias beta, em detrimento das alfa.1,10,20,22 Acredita-se que a CJD possa ser causada por mutações eventuais (casos esporádicos), mas possa também ser familial (mutações prévias que passam a ser transmitidas genetica- mente) ou iatrogênica (material cirúrgico contaminado, trans- plante de dura-máter e córnea, hormônio de crescimento cadavérico).22 Os casos de GSS e FFI apresentam o mesmo padrão, exceto pela transmissão iatrogênica, ainda não obser- vada10-12 (Quadro1). O kuru surgiu, provavelmente, de muta- Quadro 1: Encefalopatias espongiosiformes (doenças priônicas) em seres humanos e animais Table 1: Spongiform encephalopathy (prionic diseases) in humans and animals Doença Disease Scrapie Kuru CJD GSS FFI BSE nvCJD Hospedeiro Hospedeiro Ovelhas Sheep Humanos Humans Humanos Humans Humanos Humans Humanos Humans Gado Cattle Humanos Humans Via de contágio Via de contágio Lesões pele*, alimento contaminado* / Skin lesions*, contaminated feed* Canibalismo Cannibalism Mutação (m), familiar (f) ou iatrogênica (i) /Mutation (m), familial (f) or iatrogenic (i) Familiar e mutação Familial and mutation Familiar e mutação Familial and mutation Ração contaminada Contaminated ration Carne bovina contaminada Contaminated bovine meat Incubação/ duração média Incubação/ duração média 2 anos/6-24 meses 2 years/6-24 months 4-40 anos/ 12 meses 4-40 years/ 12 months 4-12 anos (i) e 60 anos (m/f)/6 meses para óbito 4-12 years (i) and 60 years (m/f)/6 months to death 30-40 anos (f/m)/5 anos 30-40 years (f/m)/5 years Variável/rapida-mente fatal Variable/rapidly fatal 2-8 anos/6 meses 2-8 years/6 months Desconhecida /15 meses Unknown/15 months Alterações neurológicas Alterações neurológicas Tremores, fraqueza Tremors, weakness Alt. Comportamento, ataxia Behavioral alt. ataxia Demência, mioclonia, mutismo Dementia, myoclonia, mutism Ataxia cerebelar crônica Chronic cerebellar ataxia Insônia perene, ataxia Progressive insomnia, ataxia Agressividade, perda coorde- nação motora / Aggressiveness, loss of motor coordination Similar ao kuru, depressão Similar to kuru, depression * Suspeita ainda sem confirmação laboratorial / Suspected, though still without laboratory confirmation 12 Lupi An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. ção espontânea do tipo CJD em um aborígene da Nova Guiné, mas, devido ao canibalismo, a proteína estranha disseminou- se na população da ilha.12 O primeiro caso de BSE deve ter surgido de forma semelhante, uma vez que os príons formam um grupo de proteínas presentes em todos os vertebrados.4 Disseminou-se no gado pelo canibalismo artificial induzido pelos criadores.16 A cadeia epidemiológica prosseguiu com a contaminação humana pela carne bovina (nvCJD).18 Dado que o período de incubação das moléstias priônicas pode ser muito longo (Quadro1), acredita-se que muitos outros casos da nvCJD vão eclodir nos próximos meses ou anos.19 RISCOS NA UTILIZAÇÃO DE PRODUTOS DE ORIGEM BOVINA O risco representado pela nvCJD ou pela transmissão acidental de novas variedades de doenças priônicas está muito longe de ser controlado com o sacrifício em massa do gado bovino europeu e com a implementação de técnicas mais rigorosas e controladas de sua alimentação.19 Uma das razões é que ainda se desconhece a maneira segura de esteri- lização efetiva contra os príons. Há trabalhos demonstrando que são muito resistentes à UVC e à autoclavagem, permane- cendo viáveis após uma hora de exposição à temperatura de 360°C.21 Admite-se, hoje, que um procedimento seguro de esterilização para materiais contaminados por príons teria que envolver a imersão, durante uma hora, em hidróxido de sódio 2N, seguido de autoclavagem por mais uma hora. Todo material não autoclavável deve ser prontamente incinerado.23 Outro ponto que pode influir no surgimento de novos casos é o uso generalizado de tecido de origem bovina em alimentos, produtos farmacêuticos e manufaturados24 (Quadro 2). Além da óbvia utilização da carne bovina para alimentação, diversos outros tecidos ou órgãos e várias das proteínas e enzimas bovinas são economicamente importan- tes.24 Muitos desses produtos são processados quimicamen- te, como a glicerina e o glicerol presentes em cápsulas de medicamentos, supositórios e veículos para aplicação tópica. Tais derivados apresentam, em geral, risco diminuto da pre- sença de príons. Outros, no entanto, como o categute e os implantes de colágeno, são utilizados quase in natura e podem apresentar risco real de disseminação da doença.25 Vários dos hormônios e enzimas bovinos, como a insulina e a heparina, seriam desnaturados se submetidos ao calor ou ao tratamento químico necessário à esterilização. Perderiam assim seu potencial de uso biológico. Outros, como o soro fetal bovino (FBS), soro de bezerros recém-nascidos (NCS) e tripsina bovina, são ingredientes fundamentais na manuten- ção das culturas de células que vão produzir pele cultivada para enxertos ou colágeno para implantes intradérmicos. Os autores sugeriram, recentemente, que qualquer um desses produtos biológicos oriundos de culturas de células infecta- das por príons poderia, teoricamente, transmitir a doença.25 Como a PrPSc é uma proteína do próprio hospedeiro, apresentando exatamente os mesmos determinantes antigê- nicos que sua contraparte normal (PrP), não é imunogênica aborigine of New Guinea, but, due to cannibalism, the foreign protein was disseminated among the island's popu- lation.12 The first case of BSE must have appeared in a simi- lar manner, since the prions form a group of proteins pres- ent in all vertebrates.4 It was disseminated among cattle by the artificial cannibalism induced by farmers.16 The epi- demiological chain continued with human contamination after consuming bovine meat (nvCJD).18 Given that the incubation period of the prionic diseases can be very long (Table 1), it is believed that many new cases of nvCJD will emerge in the following months or years.19 RISKS FROM PRODUCTS OF BOVINE ORIGIN The risk presented by nvCJD, whether by accidental transmission or new varieties of prionic diseases is very far from being controlled by the sacrifice in mass of European cattle and implementation of more rigorous and controlled techniques for their feeding.19 One of the reasons for this is that a safe means of sterilization against prions has yet to be discovered. There are works demonstrating that they are very resistant to UVC and autoclave, remaining viable after one hour of exposure to a temperature of 360°C.21 It is now admitted that a safe procedure of sterilization for materials contaminated by prions would have to involve immersion for one hour in sodium hydroxide 2N, followed by autoclave for another hour. All material that can not be autoclaved should be promptly incinerated.23 Another factor that can influence the appearance of new cases is the widespread use of tissue of bovine origin in foods and also pharmaceutical and manufactured pro- ducts.24 (Table 2). Besides the obvious use of bovine meat for alimentation, several other tissues or organs and seve- ral of the proteins and bovine enzymes are economically important.24 Many of those products are processed chemi- cally, such as glycerin and the glycerol present in medicine capsules, suppositories and vehicles for topical application. Such derivatives present, in general, a low risk for the presence of prions. Others, however, such as catgut and col- lagen implants are used almost in natura and could present a real risk of spreading disease.25 Several of the hormones and bovine enzymes, such as insulin and heparin, would be denatured if submitted to heat or the chemical treatment necessary for their sterilization. Hence, they would lose their potential for biological use. Other products, such as fetal bovine serum (FBS), newborn calf serum (NCS) and bovine trypsin, are fundamental ingredients for the mainte- nance of cell cultures that produce cultivated skin for grafts or collagen for intradermal implants. The authors recently suggested that any one of these biological products origi- nating from cell cultures infected by prions would theoreti- cally be able to transmit the disease.25 Since PrPSc is a protein of the host itself, presenting exactly the same antigenic determinants as their normal counterpart (PrP), it is not immunogenic to the host. This Lupi 13 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. can disable the serological diagnosis of the disease and considerably hinders the laboratorial evaluation of possi- bly contaminated patients, animals and materials.22 Neither BSE nor scrapie affects all bovine tissues with an equal frequency.26 The preference is well-known for the central nervous system and eyes; tissues considered to be of high risk.17,18,26 Among the organs of medium risk are the spleen, tonsils, lymph nodes, intestine, liquor, suprarenal glands, placenta and dura mater. In the catego- ry of moderate risk are bone marrow, liver, lungs, pancreas and thymus. While cardiac tissue, milk of bovine origin, bones and genitourinary system are considered to be low risk.17,18,26 There is much controversy regarding the risk pre- ao hospedeiro. Isso pode impossibilitar o diagnóstico soro- lógico da moléstia e muito dificulta a avaliação laboratorial de possíveis animais, materiais e pacientes contaminados.22 A BSE não afeta todos os tecidos bovinos com fre- qüência igual, da mesma forma que o scrapie.26 É notória a preferência pelo sistema nervoso central e pelos olhos, teci- dos considerados de alto risco.17,18,26 Entre os órgãos de risco médio encontram-se baço, amígdalas, linfonodos, intestino, líquor, glândulas supra-renais, placenta e dura-máter. Na categoria de risco moderado encontram-se medula óssea, fígado, pulmões, pâncreas e timo. São considerados de baixo risco o tecido cardíaco, leite de origem bovina, ossos e sistema geniturinário.17,18,26 Existe muita discussão com Quadro 2: Utilização de material de origem bovina para uso humano Table 2: Products manufactured from materials of bovine origin for human use Gordura bovina sólida / Solid bovine fat Ácidos graxos diversos / Diverse fatty acids Hormônios bovinos / Bovine hormones Ossos / Bones Placenta / Placenta Sangue / Blood Colágeno / Collagen Glicerina / Glycerin Ácido azeláico / Azelaic acid Intestino / Intestine Gomas de mascar, gordura de origem animal para frituras. Chewing gum, fat of animal origin for frying. Plásticos, velas, pneus, emulsificante para asfalto, sabões, aditivos para automóveis, antiferruginosos, emulsificantes. Plastic, candles, tires, emulsifier for asphalt, soaps, additives for automobiles, antioxidants, emulsifiers. Heparina, insulina bovina, glucagon, tripsina. Heparin, bovine insulin, glucagon, trypsin. Refino do açúcar (cinzas), adjuvante em cerâmicas e polidores de metais, implantes odontológicos. Sugar refining (ashes), adjuvant in ceramics and metal polishes, orthodontic implants. Glicosaminoglicanas, soro fetal bovino (FCS) para cultura de células. Glycosaminoglycans, fetal bovine serum (FCS) for cell cultures. Soro de bezerros recém-nascidos (NCS) para cultura de células, fertilizantes, adesivos, adjuvante em extintores de incêndio. Newborn calf serum (NCS) for cell cultures, fertilizers, adhesives, adjuvant in fire extinguishers. Implantes ortopédicos, implantes cutâneos injetáveis, transplantes de pele, produtos dietéticos, gelatinas, caramelo, cápsulas flexíveis para medicamentos VO. Orthopedic implants, injectable cutaneous implants, skin transplants, dietary products, gelatins, caramel, flexible capsules for medications VO. Presente na maioria dos xaropes, contraceptivos, solventes para injeções IM, supositórios, sabões líquidos (glicerol), creme de barbear, veículos oleosos para cremes e pomadas. Present in the majority of syrups, contraceptives, solvents for injections IM, suppositories, liquid soaps (glycerol), shaving cream, oleaginous vehicles for creams and lotions. Despigmentante e antiacnéico tópico, linha de pesca. Agent for depigmentation and topical anti acne, fishing line. Categute para suturas, cordas para raquete de tênis e violão. Catgut for sutures, cords for tennis racquets and violins. 14 Lupi An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. relação ao risco representado pelas vacinas de origem bovi- na, mas ainda prevalece a noção de que, nesse caso, os benefícios em muito ultrapassam os riscos.27,28 Não parece haver ainda avaliação de risco satisfató- ria para a pele e material de origem dérmica. Pammer e cols.,29 no entanto, detectaram a expressão da PrP na pele normal e afetada por dermatoses diversas, como eczemas, psoríase e úlceras de perna. A presença da proteína priôni- ca normal na pele permite, teoricamente, a contaminação mediante o uso de produtos tópicos ou intradérmicos, uma vez que se trata de tecido que expressa a PrP. Na verdade, graças a sua extensão, riqueza de macrófagos e freqüência de injúrias, a pele representa excelente porta de entrada para as infecções priônicas, como já desconfiavam Gajdusek e Zigas6 quando estudaram o kuru. Os Estados Unidos e vários países asiáticos baniram, no início deste ano, por tempo indeterminado, produtos cos- méticos de origem bovina procedentes de países da União Européia.30 O bloqueio visa evitar a comercialização de cos- méticos derivados do colágeno dérmico e da placenta bovi- na, reforçando novamente o risco considerável desta última na transmissão da BSE.26 Os principais alvos desse bloqueio são, no entanto, os vários produtos cosmecêuticos contendo ceramidas.30 Embora componham apenas cerca de 10% do peso total do extrato córneo, as ceramidas são componentes essenciais da barreira epidérmica.31 Junto com o colesterol e os ácidos graxos livres, compõem uma camada hidrolipídi- ca intercelular que reduz a perda hídrica transepidérmica e constitui proteção adequada contra substâncias irritantes exógenas e infecções cutâneas.31 O gado bovino e suíno é a origem das ceramidas utilizadas em muitas das formulações tópicas de uso corrente. Deve-se destacar, no entanto, que tais ceramidas são derivadas de um grupo de moléculas conhecidas como cerebrosídeos.31 As ceramidas formam grupo particularmente heterogêneo e complexo de esfingo- lipídeos, contendo as esfingosinas (tipos 1, 2, 4 e 5) e as fitoesfingosinas (tipos 3, 6I e 6II).31 O risco na utilização dessas substâncias é obvio, considerando ser a pele órgão que expressa efetivamente a PrP e o tecido nervoso, o reser- vatório natural e local de replicação da proteína priônica.22,29 Deve-se também considerar que tecidos animais de outras origens, como porcino e aviário, também apresentam risco de transmissão das doenças priônicas. Isso ocorre pelas técnicas que envolvem a reciclagem de proteína animal nas criações modernas. Carcaças e tecidos de pouco valor comercial são triturados e moídos, mas não esterilizados, e usados para enriquecer as rações desses animais, exatamen- te como no caso do gado bovino.16 A inexistência aparente de casos em porcos, galinhas e outros animais utilizados na alimentação humana pode decorrer apenas do abate precoce ou da subnotificação de doenças nesses animais. Esse, na verdade, pode até ser um fator agravante, dado que quais- quer animais mortos antes do período habitual de abate são imediatamente reciclados como ração, podendo criar retroa- limentação positiva que gere infecção maciça desses ani- mais. sented by vaccines of bovine origin, but the notion still pre- vails that, in this case, the benefits far exceed the risks.27,28 There still does not seem to be a satisfactory risk evaluation for skin and material of dermal origin. However, Pammer and cols,29 have detected the expression of PrP in both normal and affected skin for several dermatoses, such as eczema, psoriasis and leg ulcers. The presence of normal prionic protein in the skin allows, theoretically, contamina- tion by the use of topical or intradermal products, since it is tissue that expresses PrP. In fact, as a result of its extension, wealth of macrophages and frequent trauma, the skin rep- resents an excellent entrance site for prionic infections, as was already suspected by Gajdusek and Zigas6 when they studied kuru. Since the beginning of this year, the United States and several Asian countries have banned for an indefinite period all cosmetic products of bovine origin exported by European Union countries.30 The ban seeks to avoid the commercialization of cosmetics derived from bovine colla- gen and placenta, reinforcing once again the considerable risk the latter presents in the transmission of BSE.26 The main objectives of this blockade, however, are various cos- metic products containing ceramides.30 Although these com- prise only about 10% of the total mass of corneum extract, the ceramides are an essential component of the epidermal barrier.31 Together with cholesterol and the free fatty acids, they compose a hydrolipid intercellular layer that reduces the transepidermal loss of water and constitutes an ade- quate protection against exogenous irritants and cutaneous infections.31 Ceramides of bovine and porcine origin are used in many of the topical formulations available today. However, it should be underscored that such ceramides are derived from a group of molecules known as cerebrosides.31 The ceramides form a particularly heterogeneous and com- plex group of sphingolipids, containing the sphingosines (types 1, 2, 4 and 5) and phytosphingosines (types 3, 6I and 6II).31 The risk from the use of these substances is obvious, considering that the skin is an organ that effectively expresses PrP and nervous tissue, the natural reservoir and replication site of the prionic protein.22,29 One should also consider that animal tissue of other origins, such as porcine and avian, also present a risk for transmission of prionic diseases. This occurs due to the techniques involved in recycling animal protein by modern farming. Carcasses and tissue of low commercial value are triturated and ground, but not sterilized, and then used to enrich the rations for these animals, exactly as in the case of cattle.16 The apparent nonexistence of cases in pigs, chickens and other animals used for human foodstuffs could just reflect the precocious slaughter or sub-notification of diseases involving these animals. This could actually be an aggravating factor, given that any animals dying before the habitual time for slaughter are immediately recycled as ration and consequently could create the positive feedback which generates a mass infection of these animals. Lupi 15 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. CONCLUSION The recent discovery of prions as infectious agents has been modifying the current concepts regarding feeding and use of tissues of animal origin for human beings. Biological barriers between the species, which restricts the spread of other types of pathogen, seem to have little affect against the spread of prionic diseases. The long incubation period of these diseases, sometimes measured in decades, does not allow one to reach more exact conclusions regard- ing the extension of human contamination. The fact is that the majority of techniques once considered to be very safe, such as sterilization protocols and recycling of animal pro- tein, are being reviewed. It seems wise, therefore, to take similar measures regarding the use of animal products in implants, sutures and topical formulations. ! CONCLUSÃO A recente descoberta dos príons como agentes infec- ciosos tem modificado os conceitos vigentes sobre alimen- tação e utilização de tecidos de origem animal por seres humanos. Barreiras biológicas entre as espécies, o que cos- tuma restringir a disseminação de outros tipos de patóge- nos, parecem pouco afetar a disseminação das doenças priô- nicas. O longo período de incubação dessas moléstias, por vezes medido em décadas, não permite tirar conclusões mais exatas quanto à extensão da contaminação humana. Fato é que grande parte das técnicas há muito consideradas seguras, como protocolos de esterilização e reciclagem da proteína animal, está sendo revista. Parece sensato, portan- to, tomar medidas semelhantes quanto ao uso de produtos animais em implantes, suturas e formulações tópicas. ! AGRADECIMENTOS A realização deste trabalho contou com o apoio do CNPq - Brasil (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) através do projeto no 200868/00-4 (Pós-doutorado no Exterior). ACKNOWLEDGEMENTS This work was done with the support of the CNPq - Brazil (National Council for Scientific and Technological Development) project no. 200868/00-4 (Post-PhD Abroad). REFERÊNCIAS / REFERENCES 1. Prusiner SB. Molecular biology and pathogenesis of prion dis- eases. Trends biochemical Sciences 1996; 21 (12): 482-7. 2. Maturana HR, Varela FJ. The tree of knowledge. 1987. Boston, MA. Shambhala Publications. 3. McGowan JP. Scrapie in sheep. Scott J Agric 1922; 5: 365-75. 4. Balter M. Origins of BSE. Intriguing clues to a scrapie-mad cow link. Science 2001; 292 (5518): 827-9. 5. Zigas V, Gajdusek DC. Kuru: clinical study of a new syndrome resembling paralysis agitans in native of the Eastern highlands of Australian New Guinea. Med J Aust 1957; 2: 745-54. 6. Gajdusek DC, Zigas V. Degenerative disease of the central nervous system in New Guinea: the endemic occurance of kuru in the native population. N Engl J Med 1957; 257: 974-8. 7. Gajdusek DC, Gibbs CJ, Alpers MP. 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ENDEREÇO PARA CORRESPONDÊNCIA: / MAILING ADDRESS: Omar Lupi Mary Moody Northern Pavilion 301 University Blvd Galveston/TX Zip Code: 77555-0436, USA Tel/Fax: +1-409-747-8145 / +1-409-747-8150 E-mail: omrosasa@utmb.edu Lupi 17 An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. 1. Além dos seres humanos que outros animais já foram comprova-damente infectados pelos prions? a) suínos e ovídeos b) ovídeos e muares c) gado bovino e ovídeos d) felinos e muares e) galinhas e roedores 2. O termo "prions" pode ser melhor definido como: a) proteínas recombinantes b) proteínas mutagênicas c) proteínas infecciosas d) proteínas transgênicas e) proteínas quiméricas 3. A base fisiopatogênica para a atuação dos prions anor- mais (PrPSc) se dá por: a) serem proteínas com aminoácidos translocados b) serem proteínas com estrutura espacial alterada c) serem produzidos por DNA alterado por mutação d) serem produzidos por RNA alterado por mutação e) tanto o DNA quanto o RNA estão alterados 4.A proteína priônica aberrante (PrPSc) quando comparada à forma norma dominante (PrPC) se caracteriza por: a) resistência às proteases b) maior solubilidade em água c) localização transmembrana d) predomínio de cadeias alfa e) não apresenta diferença significativa 5. A doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) foi descrita e tem sido extensivamente estudada entre: a) aborígenes australianos b) aborígenes da Nova Guiné c) populações caucasianas d) judeus ashkenasi e) populações afro-americanas 6.A hipótese prion pode ser melhor explicada por: a) DNA produzindo RNA mensageiro com a síntese de proteína anormal b) RNA mensageiro codificando DNA através da tran- scriptase reversa c) RNA mensageiro codificando proteína anômala por erro de transdução d) Proteína de isoforma anormal sem participação de DNA ou RNA e) Mutação no RNA mensageiro codifica proteína anor- mal que se dissemina 7.Doenças priogênicas já foram comprovadamente transmi- tidas a seres humanos em todas as opções abaixo, exceto: a) transplante de dura-mater b) transplante de córnea c) hormônio de crescimento cadavérico d) material cirúrgico contaminado e) transplante cardíaco 8.Qual dos procedimentos de esterilização abaixo parece ser efetivo na descontaminação de material infectado por prions? a) Aquecimento a 360°C por 1 hora b) Exposição ao UVC por até 2 horas c) Hidróxido de sódio por 1 hora seguido de auto- clavagem d) Utilização de filtros com orifícios de menos de 20 mm e) Aplicação de óxido nítrico por 30 minutos seguido de autoclavagem 9.Entre os tecidos considerados de alto risco para a trans- missão da "doença da vaca louca" podemos destacar: a) Baço e fígado b) Pâncreas e timo c) Pericárdio e linfonodos d) Olhos e cérebro e) Colágeno e ossos 10. Produtos de origem bovina, para uso biomédico, rela- cionados com uma possível transmissão da infecção prio- gênica incluem: a) colágeno bovino injetável b) laticínios de origem bovina c) vacinas para uso médico d) implantes odontológicos e) insulina de origem bovina 11. A epidemia de kuru na Papua Nova Guiné acometeu principalmente: a) Homens jovens b) Idosos e obesos c) Mulheres e crianças d) Imunodeprimidos e) Gêmeos univitelinos 12. a nova variante da doença de Creutzfeldt-Jakob (nvCJD) quando comparada à CJD: a) tem evolução clínica mais lenta b) a taxa de letalidade é maior c) afeta uma faixa etária mais jovem d) apresenta distribuição também randômica e) não apresenta diferenças detectáveis 13. Sobre a proteína priônica do estado dominante (PrPC) podemos afirmar: a) É uma proteína de localização citoplasmática b) O gene codificador está localizado no cromossomo 20 Questões e Resulados das Questões / Questions and Answers to Questions 18 Lupi An bras Dermatol, Rio de Janeiro, 78(1):7-18, jan./fev. 2003. b) alta prevalência c) alta letalidade d) moderada morbidade e) alta transcendência 19. É exemplo de doença priogênica em seres humanos: a) doença de Alzheimer b) esclerose lateral amiotrófica c) Sd. da Insônia familiar fatal d) Paralisia geral progressiva e) Esclerose múltipla 20. As ceramidas de uso tópico são substâncias de risco potencial para a transmissão das doenças priogênicas por diversos fatores, exceto: a) atuam na pele, órgão que expressa a proteína priônica b) têm como origem os cerebrosídeos, tecido com alta expressão priônica c) podem ter como origem o gado bovino contaminado por prions d) podem sofrer contaminação durante o processo de fab- ricação e) são de difícil esterilização para prions pois perderiam sua capacidade biológica GABARITO Nevo Melanocítico Congênito 2002; 77(6): 649-656 1 - c 11 - b 2 - a 12 - c 3 - d 13 - b 4 - c 14 - e 5 - c 15 - a 6 - b 16 - a 7 - e 17 - c 8 - c 18 - a 9 - e 19 - d 10 - e 20 - e c) É uma proteína filtrável de 12 Kilodaltons d) É uma proteína não-filtrável de configuração dextrógera e) É uma glicoproteína de alto peso molecular 14. A pele, por expressar a proteína priônica celular, é um alvo para as doençãs priogênicas. A disseminação da moléstia se dá: a) pelos axônios e neurônios b) pelas hemácias e plaquetas c) pelos linfócitos e macrófagos d) através dos vasos linfáticos e) por neurotransmissores cutâneos 15. O scrapie é uma doença priogênica que afeta: a) gado bovino b) suínos c) ovinos d) celenterados e) insetos 16. a disseminação da "doença da vaca louca" ou ence- falopatia espongiosiforme bovina deve-se a: a) contaminação dos pastos pelos prions b) transmissão dos prions por vacinas contaminadas c) transmissão por aerossol entre os animais no pasto d) transmissão através de alimentos contaminados e) a forma de transmissão nunca foi totalmente elucidada 17. O substrato anatomopatológico das doenças priogênicas é: a) hepatite crônica ativa b) encefalopatia espongiosiforme c) pneumonite obstrutiva crônica d) miocardite amiotrófica grave e) vasculite sem leucocitoclasia 18. Qual dos padrões epidemiológicos melhor caracteriza as doenças priogênicas: a) alta incidência